一种双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料及其制备方法与应用。本发明专利技术VIB族金属氧化物纳米材料的化学式为A

Bimetallic doped VIB group metal oxide nano material and preparation method and application thereof

The invention discloses a bimetallic doped VIB group metal oxide nanometer material, a preparation method and an application thereof. The chemical formula of VIB group metal oxide nano material is A

【技术实现步骤摘要】
一种双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及无机氧化物材料及其制备领域。更具体地，涉及一种双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料及其制备方法与应用。
技术介绍
步入21世纪以后，现代文明社会面临着诸多挑战。其中，能源危机成为社会可持续发展的最大障碍之一。世界建筑能耗在整个能源消耗中所占比例为30％～40％，在整个建筑的能量损失中，约50％耗在门窗上。据测算，目前我国已建成的建筑物90％是不节能的，而且预测到2020年我国建筑面积将达到700亿平方米，这意味着建筑能耗将急剧增加。如果不采取节能措施，预见到2020年，中国建筑能耗将达到11亿吨标准煤，其中夏季空调制冷的高峰负荷将耗掉10个三峡水电站满负荷发电量。所以建筑节能是我国的一大社会可持续发展的主题，而门窗玻璃用高透明隔热材料的开发与应用是当今建筑节能的重中之重。太阳光辐射的能量主要集中在波长为200～2500nm的范围内，可主要分为三个区域：紫外区(200-380nm)，可见光区(380-780nm)和红外区(780-2500nm)。太阳能在这三个区域分布的能量不尽相同，紫外约为5％，可见光约为45％，红外约为45％。其中只有可见光对人的视觉活动有影响。而红外不仅对人视觉无任何贡献，而且是以热量的形式存在。因此，门窗的节能，主要是在保证室内采光的前提下，对红外光线进行阻隔，减弱室内室外的热量传递，从而达到降低室内采暖与制冷所消耗的能源的目的。目前市场上的一些玻璃隔热的产品主要是金属镀膜或热反射贴膜，这些产品的隔热降温的功能是通过反射部分太阳光的能量所达到的。但其存在使用寿命短，制备所需的工艺条件较复杂且设备昂贵，市场推广难度大等问题。玻璃隔热涂料，在达到同样高透明和隔热性能的同时，还具有生产成本低，操作方便，高耐候性等优点。VIB族金属氧化物包括了CrO3、MoO3和WO3。研究发现，纯的VIB族氧化物对可见光和红外光没有明显的响应，而当此类氧化物中的VIB族金属元素处于部分还原状态时，该类物质对红外光具有吸收作用，且对可见光仍具有较高的透过。例如，将WO3在惰性气氛或真空下加热至高温得到具有氧缺陷的VIB族低氧化物(WO3-x)或是将金属元素加入WO3，得到金属元素掺杂的钨青铜材料，均具有红外的吸收作用。中国专利申请CN103496744B中公开了一种还原态铵钨青铜纳米粒子的制备方法，其主要内容公布了在溶剂热条件下利用有机钨源和有机高沸点胺制备得到了还原态铵钨青铜纳米粒子。美国专利U.S.20110248225公开了基于等离子体炬条件下制备具有KxCsyWO3(x+y≤1，2≤z≤3)的钾铯钨青铜的方法。然而，公开的文献和专利中很少有双掺杂VIB族金属氧化物材料的报道，大部分制备的是传统的单掺杂VIB族金属氧化物材料，由于单掺杂VIB族金属氧化物材料自由电子的数量有限，导致其对于红外光尤其是近红外光的吸收能力较差。在少数公开报道的双掺杂VIB族金属氧化物中，通常是有非金属元素对氧元素进行替代掺杂的形式，但该种掺杂方式易对产品的微观结构尤其是晶格产生畸变作用，从而形成电子捕获或散射中心，进而降低自由电子浓度或增加其有效质量，这不利于红外遮蔽性能的提高。另外一些双掺杂VIB族金属氧化物虽然采取了双金属掺杂，但采用等离子体等制备方法，工艺复杂，不适合大规模生产。因此，需要提供一种制备简便且成本低廉的双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料。本专利技术的第二个目的在于提供一种双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料的制备方法。本专利技术的第三个目的在于提供一种双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料的应用。本专利技术的一种双金属元素掺杂的VIB族金属氧化物材料中富含较高浓度的自由电子且在整个近红外区都有很强的近红外遮蔽效果，同时该材料制备工艺简单，成本低廉，在光控材料及器件、玻璃节能等领域有广阔的应用前景。为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：一种双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料，所述双金属掺杂VIB族金属氧化物的化学式为AxByMO3，其中M为VIB族元素，A和B是以金属阳离子形式存在的掺杂元素，O是氧元素，0≤x≤1，0≤y≤1，A和B为不相同且独立存在的主族或副族元素中的一种。A和B可以均为主族元素也可均为副族元素，或者A主族B副族，A副族B主族，四种方式均可。优选地，所述VIB族元素的价态为+6，或者+6价与+5、+4价中的一种或两种的组合。VIB族元素的价态肯定含有+6价态，因为部分VIB族元素是从+6价被还原到+5和/或+4价，不可能所有的VIB族元素被还原。优选地，所述主族元素为锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、镁(Mg)、钙(Ca)、锗(Ge)、锡(Sn)、铝(Al)、镓(Ga)和铟(In)；所述副族元素为银(Ag)、金(Au)、钛(Ti)和锆(Zr)。为达到上述第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：一种如上所述的双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料的制备方法，包括如下步骤：1)将含VIB族元素的化合物溶解于水中，得到浓度为0.1mmol/L-0.5mol/L的化合物水溶液；2)向步骤1)中的化合物水溶液中加入含金属元素A的物质和含金属元素B的物质以及还原剂，混合均匀，在150-300℃条件下水热反应1-72小时；所述含金属元素A和含金属元素B两种物质的总量与含VIB族元素的化合物的摩尔比为0.1-1：1；所述还原剂与含VIB族元素的化合物的摩尔比为0.5-20:1。3)将步骤2)中反应后的沉淀物经过离心、洗涤和干燥后得到双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料。优选地，步骤1)中，所述含VIB族元素的化合物为含钨化合物或含钼化合物；优选地，所述含钨化合物选自六氯化钨、四氯化钨、钨酸钾、钨酸铯、钨酸钠、钨酸铷、仲钨酸铵、偏钨酸铵、正钨酸铵、硅化钨、硫化钨、氯氧钨和一水合钨酸中的一种或多种；优选地，所述含钼化合物选自偏钼酸铵、正钼酸铵、仲钼酸铵、钼酸、硅化钼、硫化钼、氯氧钼、醇氧钼、五氯化钼、四氯化钼、溴化钼、氟化钼、碳化钼、碳氧化钼中的一种或多种。优选地，步骤1)中，还需要加入酸性物质调节溶液的pH至1-6.5或加入碱性物质调节溶液的pH至7.5-12；所述酸性物质选自无机酸和/或有机酸；所述碱性物质选自无机碱和/或有机碱。优选地，步骤1)中，所述酸性物质选自盐酸、硝酸、硫酸、草酸、柠檬酸和醋酸中的一种或多种；所述碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯、乙胺、乙醇胺、乙二胺、二甲胺、三甲胺、三乙胺、丙胺、异丙胺、1，3-丙二胺、1，2-丙二胺、三丙胺和三乙醇胺中的一种或多种。优选地，步骤2)中，所述含金属元素A的物质以化合物和/或单质的形式存在；所述含金属元素B的物质以化合物和/或单质的形式存在。优选地，步骤2)中，所述还原剂选自有机和/或无机还原剂；优选地，所述有机还原剂选自草酸、柠檬酸、甲醇、乙醇、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、丙三醇、乙醇胺、三乙醇胺、油胺、油酸、乙二胺、水合肼、草酸铵和氨水中的一种或多种；优选地，所述无机还原剂选自硼氢化钠、硼氢化钾、硫化氢、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料，其特征在于：所述双金属掺杂VIB族金属氧化物的化学式为A

【技术特征摘要】
1.一种双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料，其特征在于：所述双金属掺杂VIB族金属氧化物的化学式为AxByMO3，其中M为VIB族元素，A和B是以金属阳离子形式存在的掺杂元素，O是氧元素，0≤x≤1，0≤y≤1，A和B为不相同且独立存在的主族或副族元素中的一种。2.根据权利要求1所述的一种双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料，其特征在于：所述VIB族元素的价态为+6，或者+6价与+5、+4价中的一种或两种的组合。3.根据权利要求1所述的一种双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料，其特征在于：所述主族元素为锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、锗、锡、铝、镓和铟；所述副族元素为银、金、钛和锆。4.一种如权利要求1-3任一所述的双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将含VIB族元素的化合物溶解于水中，得到浓度为0.1mmol/L-0.5mol/L的化合物水溶液；2)向步骤1)中的化合物水溶液中加入含金属元素A的物质和含金属元素B的物质以及还原剂，混合均匀，在150-300℃条件下水热反应1-72小时；所述含金属元素A和含金属元素B两种物质的总量与含VIB族元素的化合物的摩尔比为0.1-1：1；所述还原剂与含VIB族元素的化合物的摩尔比为0.5-20:1。3)将步骤2)中反应后的沉淀物经过离心、洗涤和干燥后得到双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料。5.根据权利要求4所述的双金属掺杂VIB族金属氧化物纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述含VIB族元素的化合物为含钨化合物或含钼化合物；优选地，所述含钨化合物选自六氯化钨、四氯化钨、钨酸钾、钨酸铯、钨酸钠、钨酸铷、仲钨酸铵、偏钨酸铵、正钨酸铵、硅化钨、硫化钨、氯氧钨和一水...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建峰，杨晨熹，曾晓飞，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11